(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に燃焼室を設け、燃焼室の周囲を多数の垂直な水管で環状に取り囲み、環状水管列の外側を燃焼ガス通路としておき、環状水管列での隣り合う各水管間にはすき間を空けておくことで、燃焼室内で発生した高温の燃焼ガスは、水管の燃焼室に面した部分を加熱した後に、水管すき間を通して燃焼ガス通路へと流れ、燃焼ガス通路の側からも水管を加熱する構成としたボイラにおいて、所定の太さを持ったリング状スペーサーの中央空間部に水管に通すことで、水管外周面にリング状のスペーサーを設置し、隣り合う水管の間に前記スペーサーをかませることによって環状水管列での各水管すき間の大きさを定めるようにしており、スペーサーを水管の異なる高さ位置に設け、スペーサーの太さを水管の高さ位置に応じて変化させることで水管間すき間の幅を調節していることを特徴とする多管式ボイラ。
【請求項２】
請求項１に記載の多管式ボイラにおいて、リング状のスペーサーはリングの一部を切り欠いた構造であって、リングの内径は水管の外径と同じか水管外径よりもわずかに小さなものとしていることを特徴とする多管式ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室の周囲を多数の垂直な水管で環状に取り囲んでおき、燃焼室内で燃焼を行うことによって水管の加熱を行う多管式ボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中央に燃焼室を設け、燃焼室周囲を多数の垂直水管で環状に取り囲み、環状水管列の外側を燃焼ガス通路とした形状のボイラが知られている。前記ボイラでは、燃焼室の上部にバーナを設けておき、燃焼室内で火炎の燃焼を行うことで高温の燃焼ガスを発生し、燃焼室周囲を取り囲む水管表面に燃焼ガスを接触させることで水管内の缶水を加熱する。燃焼ガスはまず水管の燃焼室に面している部分を加熱し、次に燃焼ガス通路の側から水管を加熱する。各水管は隣の水管と間隔を空けて配置しておき、中央の燃焼室で発生した燃焼ガスは、各水管のすき間を通して燃焼ガス通路へ送るようにしており、燃焼ガスが水管すき間を通過する際にも水管の加熱が行われる。水管すき間は燃焼室の全周に設けておき、燃焼ガスは燃焼室から水管すき間に向けて放射状に分散させて流すことで、特定の水管に加熱が集中することなく水管を均等に加熱することができる。
【０００３】
この場合、水管間すき間の大きさにばらつきがあると、すき間ごとに流れる燃焼ガス量が異なる。製造過程においては、すき間のばらつきは可能な限り小さくなるようにしているが、溶接時の入熱による水管の縮小などによっても水管設置位置にばらつきが発生するため、水管間すき間のある程度のばらつきはなくすことができなかった。すき間の大きさにばらつきがあると、ガス通過量が多いために加熱量が大きくなる水管と、ガス通過量が少ないために加熱量が小さくなる水管が発生することになり、水管ごとの熱吸収量にばらつきが発生すると、水管全体で吸収する熱量は少なくなる。
【０００４】
特開昭５７−６５５０１号公報に記載の発明では、燃焼室を取り囲む水管すき間の一部に丸棒等からなるスペーサーを設けている。ここでスペーサーを設ける目的は、水管上半分の外側を耐火材で被覆して伝熱面積に算入しなくするためのものであるが、水管すき間にスペーサーを適切に設置することで、水管のすき間を均一化するという作用を得ることもできる。しかし特開昭５７−６５５０１号発明に記載のように、丸棒のスペーサーを設置する場合、スペーサーが丸棒であるために設置位置が水管間の前後方向にずれることがあり、設置位置がずれることで水管すき間の大きさが変化するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−６５５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、燃焼室の周囲を取り囲むように水管を配置した構成のボイラにおいて、水管による熱吸収量をさらに増加させることのできる多管式ボイラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、中央に燃焼室を設け、燃焼室の周囲を多数の垂直な水管で環状に取り囲み、環状水管列の外側を燃焼ガス通路としておき、環状水管列での隣り合う各水管間にはすき間を空けておくことで、燃焼室内で発生した高温の燃焼ガスは、水管の燃焼室に面した部分を加熱した後に、水管すき間を通して燃焼ガス通路へと流れ、燃焼ガス通路の側からも水管を加熱する構成としたボイラにおいて、所定の太さを持ったリング状スペーサーの中央空間部に水管に通すことで、水管外周面にリング状のスペーサーを設置し、隣り合う水管の間に前記スペーサーをかませることによって環状水管列での各水管すき間の大きさを定めるようにしており、スペーサーを水管の異なる高さ位置に設け、スペーサーの太さを水管の高さ位置に応じて変化させることで水管間すき間の幅を調節していることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記の多管式ボイラにおいて、リング状のスペーサーはリングの一部を切り欠いた構造であって、リングの内径は水管の外径と同じか水管外径よりもわずかに小さなものとしていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
水管すき間の最も細い部分はリング状のスペーサーの太さによって定まるものであるため、スペーサーの設置状態などによってすき間の大きさが変化することはなく、各水管すき間の大きさを均一化することができるため、水管全体での熱吸収量を大きくすることができる。そして、リング状のスペーサーの内径は水管外径と同じかそれよりもわずかに小さくしたものであって、リングの一部を切り欠いた構成としているため、リングの切り欠き部を広げながら水管に通すようにすると、切り欠き部を開いていた力を抜くだけでスペーサーを所定位置に留めることができ、組立て時の作業性を向上させることができる。また、スペーサーの太さをスペーサー設置位置に応じて変化させることで、水管すき間の大きさを調節することもでき、水管すき間の大きさによって燃焼ガスの流れを誘導することでボイラの性能に関するパラメーターを調節するということもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を実施しているボイラの横断面図
【図２】本発明を実施しているボイラの縦断面図
【図３】スペーサー設置部を抜き出した説明図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施しているボイラの横断面図、図２は本発明を実施しているボイラの縦断面図、図３は本発明を実施しているボイラのスペーサー設置部を抜き出した説明図である。
【００１３】
ボイラは中央に燃焼室１を設け、燃焼室１の上部に下向きの火炎を発生する燃焼装置１１を取り付ける。中央の燃焼室１を取り囲むように多数の垂直な水管２を環状に配置しており、隣り合う水管間にはそれぞれ水管すき間３を空けている。環状水管列の外側には炉筒８を設置しておき、水管２と炉筒８の間にできる空間を燃焼ガス通路９としている。炉筒８の下部には、燃焼ガス通路９内を流れてきた燃焼ガスをボイラ外へ排出するための燃焼ガス出口１０を設け、燃焼ガス出口１０に燃焼排ガスの排出を行う排気筒７を接続している。
【００１４】
水管２の半分より下方には、水管すき間３をふさぐ丸棒４を設けており、水管すき間３は丸棒４よりも上方にのみ設けている。水管すき間を空けている部分には、リング状のスペーサー５を設ける。スペーサー５は所定の太さを持ち、リングの一部を切り欠いた形状であって、リングの内径は水管２の外径と同じか外径よりもわずかに小さなものとしておく。スペーサーは図２に記している水管２の最上部に近い高さ位置Ａの部分に設置するスペーサー５Ａと、丸棒４の上端より少し上である高さ位置Ｂの部分に設置するスペーサー５Ｂの２段に設置している。スペーサー５は、環状に並べている水管に対して１本飛ばしで設置しており、スペーサー５を設置した水管とスペーサー５を設置していない水管が交互に並ぶようにする。
【００１５】
スペーサー５を水管２に設置する際には、スペーサー切り欠き部６を開く方向に力を加えてスペーサー５の内径を拡大し、その状態でスペーサー５の中央空間部を水管に通すことで水管２の所定の位置にまで差し込み、その後にスペーサー切り欠き部６を開いていた力をなくすと、スペーサー５が締まるためにスペーサー５が所定位置に留まることになり、スペーサー５を水管２に溶接する際も作業が簡単になる。
【００１６】
スペーサー５は、水管２の表面から周方向に突出した突起体であり、スペーサー５を設けた水管ではその左右の水管との水管すき間３を定めることができるため、スペーサー５は隣り合う水管のどちらか一方に設ければよい。つまり、スペーサー５を設けた水管と設けていない水管を交互に並べることで、各水管間にスペーサー５の太さ分の水管すき間３を設けることができ、各水管すき間３の大きさを均一化することができる。
【００１７】
燃焼室１内で火炎の燃焼を行うと、火炎の熱はまず水管２の表側である燃焼室１に面している部分を加熱する。燃焼室１と水管列外側の燃焼ガス通路９は水管すき間３によってつながっているため、燃焼室１内の燃焼ガスは水管すき間３を通して燃焼ガス通路９へ向かう。水管すき間３は、燃焼室上部の周囲全周にある各水管間にあり、水管のすき間は上下に長く幅の細いものであるため、燃焼ガスは放射状に広がる多数の細い流れとなって、水管すき間３部分を流れていく。この時、水管すき間３を流れる燃焼ガスは水管表面を流れるために水管を加熱することになり、各水管すき間３の大きさはスペーサー５によって均一にしているため、燃焼ガスは各水管すき間に均一に流れ、各水管ではほぼ等しい量の熱を吸収することができる。燃焼室１から水管すき間３へ放射状に流れている燃焼ガス量に片寄りがあると、水管による熱吸収量にも片寄りが生じ、この場合には水管全体での熱吸収量は少なくなってしまう。各水管すき間での燃焼ガス流量を平均化し、各水管での熱吸収量のばらつきをなくすと、水管全体での熱吸収量を多くすることができる。燃焼ガスはその後、燃焼ガス通路９を流れて水管の燃焼ガス通路９に面している部分を加熱し、燃焼ガス出口１０と排気筒７を通して戸外へ排出される。
【００１８】
また、水管すき間３はスペーサー５の太さで調節することができ、高さ位置Ａに設けるスペーサー５Ａの太さと、高さ位置Ｂに設けるスペーサー５Ｂの太さを異ならせることで水管すき間３の大きさを調節し、燃焼ガスを誘導することもできる。
【００１９】
例えば、スペーサー５Ａの太さをスペーサー５Ｂの太さよりも大きくすると、高さ位置Ａでの水管すき間の幅Ａは高さ位置Ｂでの水管すき間の幅Ｂよりも大きくなる。水管すき間の幅が上部で大きくなると、水管すき間３を通過する燃焼ガスは、水管上部の水管すき間により多く流れることになる。水管すき間３を通過した燃焼ガスは、燃焼ガス通路９を下向きに流れながら水管２の燃焼ガス通路９に面している部分を加熱している。そのため、燃焼ガス通路９の上部に多くの燃焼ガスを送り込むことで水管の加熱量を多くすることができる。スペーサー５Ａの太さを太くすることで高さ位置Ａでのすき間を大きくした場合、燃焼ガス通路９ではより上部から流れる燃焼ガス量が多くなるため、水管の燃焼ガス通路９に面した部分での熱吸収量を増加させることができる。ただし、水管上部のすき間広くするということは、燃焼装置１１に近い部分の水管すき間を広くすることになり、燃焼反応を終える前の燃焼ガスが燃焼ガス通路９へ送られることになりやすい。燃焼反応を終える前に水管すき間を通過することにより、水管によって早期に冷やされる燃焼ガス量が多くなると、ＣＯの発生量が多くなるという問題が発生しやすい。
【００２０】
逆に、スペーサー５Ｂの太さをスペーサー５Ａの太さより大きくすると、高さ位置Ｂでの水管すき間の幅Ｂが大きくなり、高さ位置Ａでの水管すき間の幅Ａは小さくなる。この場合、水管すき間３を通過する燃焼ガスは、水管中部の水管すき間により多く流れ、燃焼ガス通路９では上部から流れる燃焼ガス量が少なくなるため、水管の燃焼ガス通路９に面した部分での熱吸収量は少なくなる。しかし、すき間を広げる位置を燃焼装置１１から離すことで、燃焼反応を終える前に水管すき間を通過して水管によって冷やされる燃焼ガス量が少なくなり、ＣＯの発生量を少なくすることができる。このように、スペーサー５の太さを調節することで燃焼ガスの流れを誘導することができ、熱吸収量やＣＯ発生量といったボイラの性能を調節することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１  燃焼室
２  水管
３  水管すき間
４  丸棒
５Ａ  Ａ部スペーサー
５Ｂ  Ｂ部スペーサー
６  スペーサー切り欠き部
７  排気筒
８  炉筒
９  燃焼ガス通路
１０  燃焼ガス出口
１１  燃焼装置
【図１】
0005455573.tif 000002
【図２】
0005455573.tif 000003
【図３】
0005455573.tif 000004